一种基于飞机起降安全的机场跑道评价方法

1.本发明涉及机场跑道工程领域，特别是涉及一种基于飞机起降安全的机场跑道评价方法。


背景技术：

2.机场跑道道面功能性评价结果是道面功能性整治工程的技术依据。现有《民用机场道面评价管理技术规范》(mh/t5024
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2019)中规定，道面功能性评价应包括道面抗滑性能、排水性能和平整度。道面抗滑性能应采用道面摩擦系数作为评价指标。当飞机在存在一定厚度的水膜的道面上滑跑时，因为机轮高速转动，轮胎表面的排水能力会因此而减小，而且机轮下面的水会产生流体动力，将轮胎抬升起来，从而使轮胎与跑道隔离，这两个因素都会造成道面摩擦系数降低，因此道面积水会直接影响道面的动摩擦系数。而积水点数量与面积、积水深度是评价机场道面排水性能的主要指标之一。道面的积水情况和机场跑道的抗滑性能和排水性能直接相关，进而影响飞机在道面上的安全运行。
3.目前民航标准中对机场道面的评价着重在结构和功能方面，并未对飞机在其起降滑行的安全性进行单独考虑。
4.对于三维道面模型的建立方法，李海丰在《交通运输工程学报》中发表的《基于深度图像的机场道面裂缝自动检测算法》一文中，通过深度相机采集到的几何信息直接建立三维道面模型，存在以下问题：深度相机在采集过程中存在颠簸，其成像平面无法保证一直与地面平行。
5.徐粒在《清华大学学报(自然科学版)》中发表的《三维激光断面仪调查系统工作原理及其应用》一文中，提出的高速三维激光断面仪虽然精度较高、测试速度较快，但是存在以下问题：其原理复杂，造价高昂，而且车辙会导致道面三维纹理粗糙度的损失，道面抗滑性能也随之减少。
6.对于水膜的计算方法，公开号为cn111814247a的中国专利公开了“一种基于湿滑状态感知的航空器着陆安全风险评估系统”，采用封装在跑道边的水膜厚度传感器获得水膜厚度数据，存在以下问题：传感器精度有限，不能获得跑道各处水膜的数据，而且现有机场需要加装改传感器才能获得数据。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种基于飞机起降安全的机场道面评价方法，可对机场跑道对飞机起降的安全情况进行快速、准确的进行量化。
8.为实现上述目，基于飞机起降安全的机场跑道评价方法，其特征在于包括以下步骤：
9.s1、对机场跑道三维几何信息进行测量，并根据测量结果生成三维跑道模型，执行以下步骤；
10.所述的对机场跑道三维几何信息进行测量的过程如下：
11.第一步，采用多组机场道面高程测试仪，沿跑道纵截面设置第一条纵向测量线，在第一条纵向测量线上按照设定的间隔距离测量得到沿跑道纵截面方向的多个测点的高程信息；
12.第二步，将各个测点的高程值依次连接，得到沿跑道纵截面方向的第一条纵向高程曲线；
13.第三步，沿跑道横截面方向设置第一条横向测量线，在第一条横向测量线上按照第一步和第二步的方法得到沿跑道横截面方向的第一条横向高程曲线；
14.第四步，与第一条纵向测量线以及与第一条横向测量线间隔一定距离，反复重复第一步～第三步，直到整个跑道数据采集完毕，得到数条沿跑道横截面和纵截面方向的高程曲线并导入到uc软件中，选择曲面工具条，点击通过曲线组按钮生成三维道面模型；
15.s2、对道面潜在积水区间的位置、面积以及深度进行判断和识别，具体步骤为：
16.将跑道规划设计时所处的平面设定为标准面，将所述的标准面的竖坐标设定为0，在三维道面模型中插入标准面，在标准面以下的区域即为潜在的积水区域，对潜在的积水区域加以标记进行区分，所述的潜在的积水区域在标准面的投影面积即为该潜在积水区间的面积，潜在的积水区域中最低点的竖坐标的值即为该潜在积水区域的深度；
17.s3、对飞机在潜在积水区域滑行的安全性进行评价分析，综合得出该道面的安全度评价结果，具体步骤为：
18.第一步，首先将s2步骤中得到的潜在的积水区域与在该跑道滑行的飞机中轮胎接地面积最小的机型的轮胎接触面积进行比较，若面积小于在该跑道滑行的飞机中轮胎接地面积最小的机型的轮胎接触面积的1/20，这些潜在积水区间对飞机的安全滑行造成的影响很小，故忽略不计，否则执行下一步；
19.第二步，根据潜在的积水区域积水后的水膜厚度，对飞机滑水的安全性进行评价，安全性评价为一级安全的范围为水膜厚度小于等于4mm，评价为二级安全的范围为水膜厚度大于4mm且小于等于7mm，评价为三级安全的范围为水膜厚度大于7mm且小于等于10mm，评价为四级安全的范围为水膜厚度大于10mm且小于等于13mm，评价为五级安全的范围为水膜厚度大于13mm。
20.本发明具有以下优点：
21.1、通过对跑道横纵方向进行较短间隔的高程测量，得到道面横纵方向的多条高程曲线，使道面模型更精确，更符合机场的实际情况。
22.2、通过建立的三维跑道模型可直观的看出道面情况，可清晰明确地了解跑道的实际状态。
23.3、建立了水膜厚度对飞机起降安全影响程度的分级指标，将跑道对飞机起降的安全性进行量化，可以对跑道的安全性进行直观的评价，为跑道的安全预警和及时维修提供依据。
附图说明
24.图1为本基于飞机起降安全的机场跑道评价方法的流程示意图；
25.图2显为道面纵截面方向的高程曲线示意图；
26.图3为道面横截面方向的高程曲线示意图；
27.图4为三维几何跑道模型示意图；
28.图5为本基于飞机起降安全的机场跑道评价方法的评价指标。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
30.如图1所示，本发明基于飞机起降安全的机场跑道评价方法，包括以下步骤：
31.s1、对机场跑道三维几何信息进行测量，并根据测量结果生成三维跑道模型，执行以下步骤；
32.所述的对机场跑道三维几何信息进行测量的过程如下：
33.第一步，采用多组机场道面高程测试仪，沿跑道纵截面(跑道运行方向)设置第一条纵向测量线，在第一条纵向测量线上按照设定的间隔距离(如可以设置为25cm)测量得到沿跑道纵截面方向的多个测点的高程信息；
34.第二步，将各个测点的高程值依次连接，得到沿跑道纵截面方向的第一条纵向高程曲线，如图2所示；
35.第三步，沿跑道横截面方向(垂直于跑道运行方向)设置第一条横向测量线，在第一条横向测量线上按照第一步和第二步的方法得到沿跑道横截面方向的第一条横向高程曲线，如图3所示。
36.第四步，与第一条纵向测量线以及与第一条横向测量线间隔一定距离(如：0.4m、0.8m、1.2m
……
)，反复重复第一步～第三步，直到整个跑道数据采集完毕，得到数条沿跑道横截面和纵截面方向的高程曲线并导入到uc软件中，选择曲面工具条，点击通过曲线组按钮生成三维道面模型，如图4所示。
37.s2、对道面潜在积水区间的位置、面积以及深度进行判断和识别，具体步骤为：
38.将跑道规划设计时所处的平面设定为标准面，将所述的标准面的竖坐标z设定为0，在三维道面模型中插入标准面，在标准面以下的区域即为潜在的积水区域，对潜在的积水区域加以标记进行区分，所述的潜在的积水区域在标准面的投影面积即为该潜在积水区间的面积，潜在的积水区域中最低点的竖坐标的值即为该潜在积水区域的深度。
39.s3、对飞机在潜在积水区域滑行的安全性进行评价分析，综合得出该道面的安全度评价结果，具体步骤为：
40.第一步，首先将s2步骤中得到的潜在的积水区域与在该跑道滑行的飞机中轮胎接地面积最小的机型的轮胎接触面积进行比较，若面积小于在该跑道滑行的飞机中轮胎接地面积最小的机型的轮胎接触面积的1/20，这些潜在积水区间对飞机的安全滑行造成的影响很小，故忽略不计，否则执行下一步；
41.第二步，根据潜在的积水区域积水后的水膜厚度，对飞机滑水的安全性进行评价，安全性评价为一级安全的范围为水膜厚度小于等于4mm，评价为二级安全的范围为水膜厚度大于4mm且小于等于7mm，评价为三级安全的范围为水膜厚度大于7mm且小于等于10mm，评价为四级安全的范围为水膜厚度大于10mm且小于等于13mm，评价为五级安全的范围为水膜厚度大于13mm，如图5所示。
42.根据评价结果，跑道安全评级一级表示飞机在跑道滑行具有很高的安全性，基本不会发生滑水的现象，无须对跑道进行处理；跑道安全评级二级表示飞机在跑道滑行具有
较高的安全性，发生滑水的现象的概率较小，一般不用对跑道进行处理；跑道安全评级三级表示飞机在跑道滑行具有的安全性一般，可能发生滑水的现象，可根据机场的实际情况对跑道进行处理；跑道安全评级四级表示飞机在跑道滑行具有的安全性较差，可能发生滑水的现象的概率较大，建议对跑道进行处理；跑道安全评级五级表示飞机在跑道滑行具有很差的安全性，极有可能发生滑水的现象，必须对跑道进行处理。
43.对跑道进行处理方法包括对沥青混凝土跑道填平其积水区间、对水泥混凝土跑道进行更换道面板等。
44.所述的水膜厚度为s2步骤中的积水区间的深度，或者通过对积水区间面积内的深度值进行积分，得到积水区间的体积,将积水区间的体积与其面积的比值，选积水区间的深度与比值二者中较大的作为水膜厚度。